有K和O抗原而無H抗原。K抗原是自患者新分離的某些菌株的菌體表面抗原，不耐熱，加熱100℃1小時被破壞。K抗原在血清學分型上無意義，但可阻止O抗原與相應抗血清的凝集反應。O抗原分為群特異性抗原和型特異性抗原，前者常在幾種近似的菌種間出現；型特異性抗原的特異性高，用物區別菌型。根據志賀氏菌抗原構造的不同，可分為四群48個血清型（包括亞型）。
（1）A群：又稱痢疾志賀氏菌(Sh.dysenteriae)，通稱志賀氏痢疾桿菌。不發酵甘露醇。有12個血清型，其中8型又分為三個亞型。
（2）B群：又稱福氏志賀氏菌（Sh.flexneri），通稱福氏痢疾桿菌。發酵甘露醇。有15個血清型（含亞型及變種），抗原構造復雜，有群抗原和型抗原。根據型抗原的不同，分為6型，又根據群抗原的不同將型分為亞型；X、Y變種沒有特異性抗原，僅有不同的群抗原。
（3）C群：又稱鮑氏志賀氏菌（Sh.boydii），通稱鮑氏痢疾桿菌。發酵甘露醇，有18個血清型，各型間無交叉反應。
（4）D群：又稱宋內氏志賀氏菌（Sh.sonnei），通稱宋內氏痢疾桿菌。發酵甘露醇，并遲緩發酵乳糖，一般需要3～4天。只有一個血清型。有兩個變異相，即Ⅰ相和Ⅱ相；Ⅰ相為S型，Ⅱ相為R型。
根據志賀氏菌的菌型分布調查，我國一些主要城市在過去二、三十年中均以福氏菌為主，其中以又2a亞型、3型多見；其次為宋內氏菌；志賀氏菌與鮑氏菌則較少見。志賀氏菌Ⅰ型的細菌性痢疾已發展為世界性流行趨勢，我國至少在10個省、區發生了不同規模流行。了解菌群分布與菌型變遷情況，對制備菌苗，預防菌痢具有重大意義。